Biophysics · 05.04

走査型プローブ顕微鏡（AFM）

Scanning probe microscopy (AMF)

🧠 原子間力顕微鏡法atomic force microscopy (AFM)原子間力顕微鏡法（atomic force microscopy (AFM)）atomic force microscopy (AFM)（原子間力顕微鏡法）は鋭い探針で表面を走査scanning走査（scanning）scanning（走査）し、探針–試料間力（tip–sample force）を測ってナノメートルスケールの表面形状topography表面形状（topography）topography（表面形状）を得る。

探針で表面を走査する

カンチレバーcantileverカンチレバー（cantilever）cantilever（カンチレバー）のたわみ（deflection）をレーザーで検出し、フィードバックが高さまたは力を一定に保つ。資料のAMF表記は一般にAFMを指す。

flowchart TD
  A["探針が表面へ近づく"]
  B["相互作用で<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cantilever'>カンチレバー</span>が変位"]
  C["フィードバック付き<span class='jp-term jp-term-diagram' title='scanning'>走査</span>で高さ像形成"]
  A --> B
  B --> C

AFMの信号経路

F=-k\,\Delta x

$k$ はカンチレバーcantileverカンチレバー（cantilever）cantilever（カンチレバー）のばねspringばね（spring）spring（ばね）定数、 $\Delta x$ はたわみである。フォースカーブforce curveフォースカーブ（force curve）force curve（フォースカーブ）から付着力adhesive force付着力（adhesive force）adhesive force（付着力）や剛性stiffness剛性（stiffness）stiffness（剛性）も評価できる。

動作モードと試料への影響

探針–試料間力は相互作用ポテンシャルの勾配として生じ、記録像の細部はAFMの分解能と探針形状tip geometry探針形状（tip geometry）tip geometry（探針形状）に制限される。

コンタクトモードcontact modeコンタクトモード（contact mode）contact mode（コンタクトモード）は高い横方向力を与えうる。
タッピングモードtapping modeタッピングモード（tapping mode）tapping mode（タッピングモード）は軟らかい試料の損傷を減らす。
真空vacuum真空（vacuum）vacuum（真空）だけでなく空気中や液中でも測定可能。

医学・測定への応用

生細胞膜、DNA、タンパク質、生体材料biomaterial生体材料（biomaterial）biomaterial（生体材料）表面を標識なしで観察・力学測定できる。

まとめ

原子間力顕微鏡法atomic force microscopy (AFM)原子間力顕微鏡法（atomic force microscopy (AFM)）atomic force microscopy (AFM)（原子間力顕微鏡法）は鋭い探針で表面を走査scanning走査（scanning）scanning（走査）し、探針–試料間力を測ってナノメートルスケールの表面形状topography表面形状（topography）topography（表面形状）を得る。
コンタクトモードcontact modeコンタクトモード（contact mode）contact mode（コンタクトモード）は高い横方向力を与えうる。
生細胞膜、DNA、タンパク質、生体材料biomaterial生体材料（biomaterial）biomaterial（生体材料）表面を標識なしで観察・力学測定できる。